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1、2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文P91钢与12Cr1MoV钢焊接工艺分析 国电新疆红雁池发电有限公司 戴良成摘要 P91钢由于具有良好的高温稳定性和热强性，广泛应用在我国新建亚临界、超临界机组高温承压部件上。研究及理解P91钢材的金相组织性能与焊接性对电厂金属监督工作有很大的必要性。关键词 P91钢; 12Cr1MoV钢；金属性能；焊接性前言 国电新疆红雁池发电有限公司330MW1号机组主蒸汽管道采用的是P91材质，温度测点管座采用的是12Cr1Mov材质。本文通过对一起泄漏的分析，找出母材、管座材质硬度低的原因，提出改进方法，确保设备安全运行。1 事故经过 1号机组C级检修通过
2、全面检查，发现主蒸汽系统3个温度测点存在裂纹，通过清除原焊缝的镍基材料，采用与P91材料匹配的E9018B9焊条进行堆焊，热处理后发现焊缝硬度（最低140HB）不合格，母材硬度有所降低（最低140）；同时对焊缝、母材进行金相分析所得组织为无相位马氏体。如果进行第三次焊接后热处理，可能会导致母材报废的危险。2 理论分析与研究2.1化学成分分析2.1.1 12Cr1Mov钢为珠光体耐热钢其化学成分见表1表1C()Mn()Si()Cr()Mo()V()SP(）0.08-0.120.10-0.270.17-0.370.9-1.20.25-0.350.15-0.300.0352.1.2 P91钢为马氏体
3、耐热钢，其化学成分见表2表2C()Mn()Si()Cr()Mo()Ni()V()N()S()P()0.08-0.120.30-0.600.20-0 .508-9.50.85-1.050.40.18-0.250.03-0 .070.0010.002 由此可以看出，12Cr1MoV钢与A335p91钢的Cr、Mo含量不同，导致两种钢材焊接性能差距较大，P91钢淬硬倾向较大，12Cr1MoV钢有再裂倾向。2.2 接头性能分析 12Cr1MoV与P91接头关键在于焊缝金属性能、理想状态的焊缝金属选塑性韧性较好，强度介于二者之间的焊接材料进行连接较为合理。2.2.1晶粒度 P91侧为回火索氏体，12Cr
4、1MoV侧为珠光体；P91侧晶粒相对细小，12Cr1MoV侧晶粒相对较大；P91侧晶粒较为复杂，12Cr1MoV侧晶粒较为简单，焊缝金属理想形式为从12Cr1MoV侧由珠光体缓慢过渡为P91侧索氏体更为合理。由此可见，选择韧性塑形高的P91钢的高匹配焊材，较符合这一规律。2.2.2组织状态 12Cr1MoV侧为珠光体，P91侧为回火索氏体，焊缝尽量为回火索氏体或珠光体组织。2.2.3强度 12Cr1MoV抗拉强度与P91抗拉强度差距较大，选用低强度或介于二者之间强度的焊丝、焊条有利于缓减焊缝表面不平或内部应力集中状态。2.2.4冲击韧性 选用高韧性且耐热温度介于二者之间材料较为合理。2.2.5
5、扩散 若选用高匹配材料，则碳势必由12Cr1MoV侧向焊缝金属扩散，P91管中碳也向焊缝少量扩散，在12C1MoV侧形成一个明显的扩散层，P91侧有不太明显扩散层；若选用低匹配材料，则碳势必由焊缝向P91侧扩散，P91侧硬度更高，P91侧Cr向焊缝金属扩散，P91侧会产生贫Cr现象。 由于焊缝金属比母材组织更不稳定，焊后也仅仅能进行高温回火处理，晶粒大小不均匀，所以焊接时首先要保证焊缝金属稳定性，采用合理的焊接材料，保证焊缝组织稳定性，从而也保证了接头稳定性。以上分析可以看出，高、低匹配焊接材料采特点见表3：高匹配焊接材料低匹配焊接材料晶粒度符合要求晶粒度相对不均匀组织符合要求组织符合要求强度
6、较高强度介于二者之间，合理冲击韧性合理冲击韧性合理碳、铬扩散，稀释后焊缝组织较为稳定碳、铬扩散，稀释后焊缝组织不太稳定 从强度观点选低匹配合理，但从焊缝组织性能观点来看，选高匹配较为合理。材质规格焊丝焊条焊接位置12Cr1MoV7612TIG-R31R3175GP9127330表4采用TIG-R31焊丝、R317焊条焊接表5焊接工艺参数焊接层道号单层单道焊缝尺寸焊接方法焊接材料直径极性电流A电压V速度L/m.in）1-1H=2-3、B=3-4WsTIG-R312.4直流正接100-12012-1435-452-1H=2-3、B=5-6WsTIG-R312.4直流正接100-12012-1435
7、-453-1H=2.8-3.2、B=9-10DsR3173.2直流反接110-13020-2640-604-（1,2）H=2.8-3.2、B=7-8DsR3173.2直流反接110-13020-2640-605-（1,2）H=3-3.5、B=7-8DsR3174.0直流反接140-16023-2840-606-（1,2）H=3-3.5、B=10-11DsR3174.0直流反接140-16023-2840-607-（1,2）H=3-3.5、B=11-12DsR3174.0直流反接140-16023-2850-80表6 采用M TS-3焊丝chromoT91焊条焊接材质规格焊丝焊条焊接位置12Cr
8、1MoV7612MTS-3Chrom oT915GP9127330表7焊接工艺参数焊接层道号单层单道焊缝尺寸焊接方法焊接材料直径极性电流A电压V速度L/m.in）1-1h=2-3B=3-4WsMTS-32.4直流正接100-12012-1435-452-1h=2-3B=5-6WsMTS-32.4直流正接100-12012-1435-453-1h=2.8-3.2B=9-10DsChromoT913.2直流反接110-13020-2640-604-(1,2)h=2.8-3.2B=7-8DsChromoT913.2直流反接110-13020-2640-605-(1,2)h=2.8-3.2B=7-8D
9、sChromoT913.2直流反接110-13023-2840-606-(1,2)h=2.8-3.2B=7-8DsChromoT913.2直流反接110-13023-2840-607-(1,2)h=2.8-3.2B=7-8DsChromoT913.2直流反接110-13023-2850-803试验与检验分析研究3.1 采用规格为27330的P91钢与规格为7612的12Cr1MoV钢进行焊接工艺评定，其工艺方法1的工艺参数见表4、表5；工艺方法2见表6、表7. 焊接操作方法：多层多道窄幅摆动焊。 预热温度均为200-250，层间温度为200-300。 焊后，降温100-200/1h马氏体转变后
10、立即进行焊后热处理，焊后热处理温度为74010/4h,升降温度为150/h，热处理加热片宽度为单侧200mm,保温棉宽度为单侧260mm,热处理降温至300以下，断电缓冷，降至室温拆保温棉。 进行氩弧焊第1、2层时由壁充氩保护，氩气流量为15-20L/m in,外壁氩气流量为9-12L/m in。 经检验分析，采用MTS-3、chromoT91焊材，在12Cr1MoV热影响区侧存在晶粒差别界限，晶粒有不均匀现象，而焊缝中也存在部分较大铁素体组织，晶粒不均匀。采用TIG-R31、R317焊材焊接，也存在类似显像。由此可见，控制熔合线晶粒尺寸是接头性能优劣的关键，采用本文中热处理工艺进行处理。母材、焊缝及热影响区冲击韧性明显高于41J，负荷相关标准要求。4结束语4.1 P91钢与12Cr1MoV钢焊接，采用高匹配与低匹配焊接均能形成优良接头。4.2 热处理工艺是实现优良接头的关键，采用合适的热处理温度和时间，防止焊缝产生过多铁素体组织，细化熔合区晶粒是成功焊接的关键。4.3 在角接成复杂位置接头应力分布复杂，建议应力集中处采用与母材匹配且含碳量低，一定细化晶粒的V、Ti元素，冲击韧性较高的焊接材料进行焊接。参考文献1焊接手册第二版机械工业出版社，陈剑虹2 T/P91钢焊接工艺导则电源质2002100号3 火力发电厂焊接技术规程DL/T869-2004
